木棉的主要组成为纤维素，结晶度为33％，聚合度为10000。（棉：结晶度为65％-72％，聚合度为6000-15000）。
纵向：
圆柱形，表面光滑，无转曲，两端封闭；中段较粗，根端钝圆，梢端较细；易折。
性能
| 指标 |
| 细度（dtex) | 0.9~3.2 |
| 长度（mm) | 8~34 |
| 密度（g/cm3) | 0.29 |
| 断裂长度（km) | 8~13 |
| 断裂伸长率（%） | 1.5~3.0 |
| 压缩模量（kPa） | 43.63 |
| 回潮率（%） | 10~10.73 |
相对扭转刚度 （cN.cm2/tex2) | 71.5*10-4 |
木棉纤维纵向外观呈圆柱型，表面光滑，不明显转曲，光泽好。截面为圆形或椭圆形，中段较粗，根端钝圆，梢端较细，两端封闭，截面细胞未破裂时呈气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。细胞中充空气，纤维的中空度高达 80 %～90 % ，胞壁薄，接近透明，因而相对密度小，浮力好。纤维块体在水中可承受相当于自身20～36倍的负载重量而不致下沉。木棉表面有较多的腊质使纤维光滑、不吸水、不易缠结 ，防虫。木棉纤维的相对扭转刚度为 7115 ×10-4cN. cm2/ tex2，比玻璃纤维的还大，这会引起加捻效率降低。因长度较短、强度低、抱合力较差 ,用棉或毛的纺纱方法难以单独纺纱，这是过去一直没有很好地应用木棉纤维的一大原因。
采用X射线衍射法测得木棉纤维的结晶度33 % ,而亚麻 69 % ，棉 54 %。木棉纤维回潮率达 10.73 % ，和丝光棉10.6 %相当。
木棉纤维的平均折射率为 1.71761，比棉的1.59614 略高。这导致木棉纤维光泽明亮，光滑的圆截面更加剧光泽，副面影响可能是纤维显深色性差。
木棉纤维含有约占64 %左右的纤维素，约占13 %的木质素，此外还含有8.6 %的水分、1.4 %～3.5 %的灰分、4.7 %～9.7 %的水溶性物质和2.3 %～2.5 %的木聚糖以及 0.8 %的蜡质。
木棉纤维可用直接染料染色，但由于木棉纤维含有大量木质素和半纤维素 ,它们和纤维素互相纠缠，和分子间力作用导致了纤维素部分羟基被阻止 ，并且互相纠缠导致了染料分子不能顺利进入，使得其上染率仅为 63 %，而同样条件下棉的上染率为88 %。木棉纤维溶解于30℃下75 %的硫酸，100℃下的65 %的硝酸，部分溶解于100℃下的35 %的盐酸。
木棉纤维具有良好的化学性能，耐酸性好，常温下稀酸对其没有影响 ，醋酸等弱酸对其也没有影响，且木棉纤维耐碱性能良好，常温下 NaOH对木棉没有影响。
当木棉纤维的含量低于50 %时，混纺纱比纯棉纱的条干好；木棉含量超过 50 %后，不匀率增加。混纺纱的粗细节均比纯棉纱要少，尤其是毛粒数量大幅度降低。针织纱要求纱线均匀，条干好，所以混纺纱更适合做针织用纱。
木棉混纺纱比纯棉纱强力低，60:40混纺纱降低约9 %左右；当木棉含量超50 %后，强力下降幅度达45%左右。当木棉含量低于50 %时，混纺纱比全棉纱断裂伸长率高；当超过50%后，断裂伸长率降低。
木棉纤维长度短容易产生毛羽，同时纱线内纤维根数增多，头尾数也越多，其他条件一样的情况下毛羽数也越多。以上数据表明混纺纱不适合做表面光洁、滑爽度高的织物，但适合起绒织物或要求手感蓬松柔软的织物。